(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属管の外周に、支持部材を移動可能に内在させた不定形耐火物層を設けてなる粉体・ガス吹込用ランスにおいて、前記した不定形耐火物層の上端部に、この不定形耐火物層からの熱応力によって破壊される易破壊性耐火物層を設け、且つこの易破壊性耐火物層の上面および側面を覆う押えを設けると共に、この押えの易破壊性耐火物層の上面を覆う部分の前記金属管側の端部を前記金属管に接合したことを特徴とする粉体・ガス吹き込み用ランスパイプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、混銑車、溶銑・溶鋼鍋等の溶融金属容器に貯留した溶融金属に対し、粉体及び不活性ガスを吹き込むランスパイプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融金属の脱珪・脱燐・脱硫・温度調整及び成分調整等の目的のために、容器内の溶融金属にランスパイプをもって粉体及び不活性ガスを吹き込むことが行われている。
【０００３】
これに使用されるランスパイプは、粉体及び不活性ガスを通ずる金属管の外周に不定形耐火物層が設けられている。ここで不定形耐火物層の保持手段は、金属管外周面に支持部材としてＶ字型、Ｙ字型等のスタッドを突設し、牽引支持するのが一般的である。
【０００４】
ランスパイプの使用時の状態は、溶融金属容器への浸漬と休止の繰り返し、つまり、加熱・冷却の繰り返しである。まず浸漬時は、溶融金属により加熱され、不定形耐火物層は温度が上昇する。それに対して金属管は、粉体やガスが流れていることにより冷却された状態となっている。次に休止時は溶融金属から取り出し、ガスを停止するため不定形耐火物層は外気によって温度が低下するが、金属管は不定形耐火物層からの熱を受けて温度が上昇し、それに伴い膨張する。
【０００５】
一般に、金属と耐火物を比較すると、金属の方が高熱膨張率である。そのため、金属管と不定形耐火物層との間に熱膨張差が生まれ、不定形耐火物層には引張応力が発生し、この引張応力によって亀裂が発生する。また、スタッド自身も熱膨張するため、スタッドを起点として不定形耐火物層に亀裂が発生する。そして、この亀裂はランスパイプの耐用性低下の原因となる。
【０００６】
この対策として、不定形耐火物層と金属管がそれぞれ独立して移動可能にすると共に不定形耐火物層の支持部材をこの不定形耐火物層の膨張に合わせて移動可能なものにすることで、不定形耐火物層の亀裂の一因となる支持部材の熱膨張応力を緩和する手段が提案されている。例えば特開２０００−３４５１６号公報および特開２０００−６３９２５号公報では、不定形耐火物層に内在させた格子状または螺旋状の金属製支持部材を、その上下両端部のみを金属管に遊嵌状態で支持している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のランスパイプにおいても、不定形耐火物層の亀裂発生の防止には決して十分ではなく、また、熱膨張差以外の何らかの要因で亀裂が発生した場合、その拡大が急速に進行し、ついには金属管への溶融金属の浸入、不定形耐火物層の剥落損傷等を招くことがあった。
【０００８】
熱膨張差以外の亀裂発生要因としては、ランスパイプの振動が挙げられる。ランスパイプは粉体及び不活性ガスを吹き込むため、時に激しく横揺れする。これにより不定形耐火物層に引張応力が生じ、この引張応力が集中したところから亀裂が発生する。さらにその亀裂発生部位に応力が集中するため、亀裂の拡大が急速に進行するものと考えられる。
【０００９】
本発明は、亀裂の発生の抑制、また、一度亀裂が発生した場合でもその拡大を遅らせることにより、従来構造よりも耐用性に優れたランスパイプを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のランスパイプは、金属管の外周に、支持部材を移動可能に内在させた不定形耐火物層を設けてなる粉体・ガス吹込用ランスにおいて、前記した不定形耐火物層の上端部に易破壊性耐火物層を設け、且つこの易破壊性耐火物層の上端面および側面を覆う押えを設けるとともに、この押えの易破壊性耐火物層の上面を覆う部分の前記金属管側の端部を前記金属管に接合したことを特徴とする。
【００１１】
不定形耐火物層および支持部材は、ランスパイプの使用中の高温加熱を受けて膨張するが、金属管は、休止時に不定形耐火物層から熱を受けて膨張する。金属管は不定形耐火物層に比べて熱膨張率が高いため、不定形耐火物層には、引張応力が生じる。本発明は、支持部材が金属管に固着されておらず不定形耐火物層の膨張に追随して移動可能であり、金属管と不定形耐火物層がそれぞれ独立して移動することができるため、不定形耐火物層と金属管との間の熱膨張差が原因した不定形耐火物層の亀裂発生が防止される。
【００１２】
図１は本発明における易破壊耐火物層の挙動の説明図である。本発明では不定形耐火物層２の上部に易破壊耐火物層６を設け、この易破壊性耐火物層６にその上端面および側面を覆う押え７によって拘束する。不定形耐火物層２は、ランスパイプの使用中の高温加熱を受けてランスパイプの上下方向に熱膨張し、応力が発生する。このとき、上端面の拘束によりその発生応力が、不定形耐火物層自身に圧縮応力として作用する。これにより、粉体やガスの吹き込みによる振動によって発生する引張応力を緩和することができる（図１（ａ））。
【００１３】
また、本発明では不定形耐火物層２と押え７との間に、易破壊性耐火物層６を介在している。この易破壊性耐火物層６は不定形耐火物層２の熱膨張応力を受けて組織が破壊される。
【００１４】
ランスパイプ休止時は、金属管１の温度上昇により、金属管１と不定形耐火物層２との間に膨張差が生じる。本発明では、ランスパイプ浸漬時に組織破壊した易破壊性耐火物層６の存在で、この膨張差は易破壊性耐火物層６の破壊個所の拡大により吸収され、不定形耐火物層２への引張応力が緩和される（図１（ｂ））。
【００１５】
さらに、易破壊性耐火物層６はその組織破壊で発生した粒子片６ａが亀裂６ｂに噛み込むことで、ランスパイプの再度の使用に際しても不定形耐火物層２に十分な圧縮応力を付加し、振動に伴う引張応力を緩和する（図１（ｃ））。
【００１６】
ランスパイプの使用は加熱と冷却の繰り返しである。また、ランスパイプは使用時に激しい横揺れが生じる。本発明によれば、以上のとおりこの加熱、冷却及び振動によって発生する不定形耐火物層の引張応力を緩和することにより、不定形耐火物層の亀裂の発生、また、亀裂が発生した場合でもその拡大を抑制し、ランスパイプの耐用性を格段に向上させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図２は本発明の実施の形態例を示す縦断面図である。CaO、CaCl2等の粉体およびArガス等の不活性ガスを流通させる金属管１の先端部に相当する吐出孔は一般に水平方向に左右に分岐している。金属管１の外周は、この金属管１の耐熱保護のために不定形耐火物層２を設ける。
【００１９】
金属管１と不定形耐火物層２との間には、金属管と耐火物がそれぞれ独立して移動可能にするために、例えば特開２０００−３４５１６号公報のとおり緩衝材層３を設けることが好ましい。緩衝材層３は金属管１と不定形耐火物層２の熱膨張差を緩衝し、不定形耐火物層２の亀裂発生を抑制する。
【００２０】
緩衝材層３の具体的な材質は、紙、布、合成樹脂等の焼失物、あるいはセラミックハイバー類等のクッション材である。厚さは不定形耐火物層２および緩衝材層３を含めた外層厚さ全体の１０％以下が好ましい。
【００２１】
不定形耐火物層２に内在させる支持部材４は、ここでは金属製の網を使用した。支持部材４を縦に直立させた状態で金属管１に対し周方向に複数本、好ましくは１〜３本設ける。
【００２２】
支持部材４の金属管１への取付けは最小限に留める。例えば図のように支持部材４の上下端のみを支持杆５で掛止する。これによって、支持部材４は不定形耐火物層２に追随して移動可能になり、不定形耐火物層２と金属管１との熱膨張差による不定形耐火物層２の亀裂発生が抑制される。
【００２３】
支持部材４を移動可能に設ける手段はこの図のものに限定されるものではない。例えば特開２０００−３４５１６号公報に示されるように、複数の金属棒を交差させながら螺旋状に包囲設置したものに、金属製リングを金属棒に組み合わせて格子状にしたものに、金属網の使用等がある。また、特開２０００−６３９２５号公報とおり、リング状スタッドを金属管に対してランスパイプの長さ方向に移動可能に取付けてもよい。
【００２４】
支持部材４は、ランスパイプの長さ方向のほぼ全体にわたって移動可能に設けることが必要であるが、図のようにランスパイプの下端部においては、Ｖ字型、Ｙ字型等のスタッドを併設してもよい。これは、吐出孔部の補強のためである。
【００２５】
不定形耐火物層２の上端部に設ける易破壊性耐火物層６の材質は、特に限定されない。例えばキャスタブル耐火物、吹付け材、プラスチック耐火物、パッチング材等である。易破壊性耐火物層６に必要な易破壊性は、耐火物組織の緻密度、結合強度等の調整で発現される。
【００２６】
易破壊性耐火物層６としては、結合剤としてアルミナセメントを使用しないか又はアルミナセメントの使用量が不定形耐火物層より少いキャスタブル耐火物が好ましい。これは、不定形耐火物層２の熱膨張を受けて易破壊性耐火物層６の組織が破壊された後、アルミナセメントを使用しないか又は使用量が少ないことで耐火骨材粒子が容易に脱離し、前記組織が破壊で生じた亀裂等の空隙にこの耐火骨材粒子が噛み込むことで、ランスパイプの再度の使用に際しても不定形耐火物層に十分な圧縮応力を付加する効果がより顕著である。
【００２７】
不定形耐火物層および易破壊性耐火物層において使用される耐火物において、その耐火骨材の種類は特に限定されるものではなく、例えばアルミナ、シリカ、アルミナ−シリカ、マグネシア、アルミナ−マグネシア等を主材とする。必要によってはこれらに揮発シリカ、仮焼アルミナ、炭素、炭化珪素、ジルコン、ジルコニア等を組合わせる。これらの耐火骨材は天然品、合成品のいずれであってもよい。粒度は粗粒、中粒、微粒に適宜調整する。
【００２８】
これらの耐火骨材の組み合わせによって、例えばアルミナ−マグネシア質、アルミナ−シリカ質、アルミナ−炭化珪素−炭素質等とする。
【００２９】
さらに、分散剤、有機ファイバー、金属ファイバー、増粘剤（粘土、ベントナイト、ＣＭＣ等）、酸化防止剤、硬化遅延剤、硬化促進剤、Ａｌ金属粉、Ｓｉ金属粉等を添加してもよい。
【００３０】
結合剤は、アルミナセメント、ケイ酸塩、リン酸塩、合成樹脂等である。不定形耐火物層についてはこの中でも施工体強度の面からアルミナセメントが好ましい。
【００３１】
その施工は、不定形耐火物層にあっては支持部材がこの不定形耐火物層に埋没するように流し込みによって行う。結合剤の適正な添加量は結合剤の種類によっても異なるが、例えばアルミナセメントでは耐火骨材１００質量％に対し外掛け１〜１０質量％である。
【００３２】
易破壊性耐火物層の施工方法は、特に限定されないが、作業性の面から流し込み施工、もしくは突き込み施工が好ましい。易破壊性耐火物層の材質を易破壊性にするためには、耐火骨材の粒径を粗粒子主体にする、結合剤の種類・添加量の調整等、任意の手段で行う。
【００３３】
結合剤としてのアルミナセメントの添加量で調整する場合は、このアルミナセメントを添加しないか、あるいは不定形耐火物層におけるアルミナセメントの添加量より少なくする。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明の実施例およびその比較例を示す。
【００３５】
外径１２０ｍｍ、高さ３００ｍｍの金属管の外周に厚さ５０ｍｍの不定形耐火物層を設け、支持部材は図１に示す金属製の網（金属管の周方向に１本）を使用した溶銑予備処理用のランスパイプについて、本発明実施例およびその比較例を示す。
【００３６】
不定形耐火物層は５００℃×３ｈ焼成後の圧縮強度が３５ＭＰａの流し込み材とし、詳細には、アルミナ８７質量％、マグネシア５質量％、シリカフラワー１質量％よりなる耐火骨材１００質量％に、結合剤（アルミナセメント）７質量％、ステンレス鋼ファイバー４質量％および分散剤（ポリアクリル酸ソーダー）０．０５質量％を添加し、さらに施工水を添加して混練後、型枠を使用し、振動を付与しつつ金属管の外周に流し込み施工した。各例においてこの不定形耐火物層はいずれも同材質とした。
【００３７】
実施例１：易破壊性耐火物層として、５００℃×３ｈ焼成後の圧縮強度が７ＭＰａの流し込み材とし、不定形耐火物層の上端部に高さ方向の厚さ２５ｍｍをもって流し込み施工した。易破壊性耐火物層の上端面および側面は、図２と同様に押えによって拘束した。
【００３８】
実施例２：易破壊性耐火物層として、５００℃×３ｈ焼成後の圧縮強度が５ＭＰａのパッチング材とし、不定形耐火物層の上端部に高さ方向の厚さ２５ｍｍをもって突込み施工した。押えの構造は前記実施例１と同様にした。
【００３９】
比較例１：易破壊性耐火物層を設けず、全体を不定形耐火物層で統一した。上端面の押えは設けない。従来構造に相当する。
【００４０】
比較例２：不定形耐火物層の上端部に実施例１と同一の易破壊性耐火物層を設け、その上端面の押えは設けなかった。
【００４１】
比較例３：易破壊性耐火物層として、５００℃×３ｈ焼成後の圧縮強度が５０ＭＰａの流し込み材とし、不定形耐火物層の上端部に高さ方向の厚さ２５ｍｍをもって流し込み施工した。押えの構造は前記実施例１、２と同様にして設けた。
【００４２】
表１は各例の実機試験の結果を示したものである。（質量％）
【表１】
0004511749.tif 000002
圧縮強さは、不定形耐火物層および易破壊性耐火物層のそれぞれの材質について測定した。供試体は、４０×４０×１６０ｍｍの角柱供試体を用い、流し込み材については、２層に分けて振動施工を行い、パッチング材については、突き込み施工を行い、２４ｈ養生後、１１０℃×２４ｈ乾燥し、脱枠した。流し込み材の供試体作製方法としては、材料混練終了後、振動開始から１５秒間で半分を流し込み、１５秒間放置、次の１５秒間で残りを流し込み、トータル１２０秒間振動後、上面をへらで削り取り、平にする。その上にガラス板をのせ、濡れウエスを被せた状態で２４時間養生後脱枠し、１１０℃×２４ｈ乾燥した。その後、それぞれの試験片を、実際の状態を想定して、５００℃×３ｈ加熱後、ＪＩＳＲ２５５３に準じて圧縮強さの測定を行った。
【００４３】
耐亀裂性：実際のランスパイプ構造をもって、試験室において試験した。ランスパイプをの使用状況を想定して、ランスパイプの下方を中心に１４００℃×０．５ｈｒ加熱後、空冷し、これを５回繰り返した後、亀裂の状況を観察した。
【００４４】
実機試験では、使用経過において不定形耐火物層の亀裂発生の程度を観察と、耐用性として使用可能回数を求めた。
【００４５】
耐亀裂性は試験室、実機共に、◎…亀裂きわめて小、○…亀裂小、亀裂…大の三段階で評価した。なお、比較例２、３は試験室での耐亀裂性の試験から、その性能の悪さが明らかであり、実機試験するに至らなかった。
【００４６】
表１の結果が示すとおり、実施例はいずれも不定形耐火物層の上端部に下部の不定形耐火物層の熱応力によって破壊される易破壊性耐火物層を設けたものであり、亀裂が小さく、耐用性において優れた効果が得られた。
【００４７】
比較例１、比較例２共に上端面の拘束がなく、熱膨張による圧縮応力が付加されないためか亀裂発生が大きい。比較例１ではこの亀裂が原因し、耐用性が本発明実施例に比べて大きく劣る。
【００４８】
比較例３は易破壊性耐火物層の強度が高く、浸漬時に破壊されなかったために、休止時に亀裂が発生した。
【００４９】
【発明の効果】
ランスパイプは、不活性ガスによる冷却と外部からの高温とによる著しい温度勾配によって不定形耐火物層に亀裂発生しやすく、しかも激しい横揺れのためにその亀裂の進展が早い。そして、この亀裂が大きくなると不定形耐火物層の一部が破損し、金属管の変形あるいは溶解でランスパイプはたちまち寿命となる。
【００５０】
本発明は、以上のように、ランスパイプの寿命において特に重要な亀裂発生防止進展抑制に優れた効果を発揮する。その結果、実施例の試験結果が示すとおり、ランスパイプの寿命を格段に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明における易破壊耐火物層の挙動の説明図である。
【図２】  本発明の実施の形態例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１：金属管
２：不定形耐火物層
３：緩衝材層
４：支持部材
５：支持杆
６：易破壊性耐火物層
６ａ：粒子片
６ｂ：亀裂
７：押え
【図１】
0004511749.tif 000003
【図２】
0004511749.tif 000004